Скользящие змеи на 2D плоскости — поисково-спасательные роботы.

Змеи живут в разнообразных условиях: от невыносимо жарких пустынь до пышных тропических лесов, где они скользят по деревьям, камням и кустарникам каждый день. Изучая, как движутся эти змеи, инженеры Джона Хопкинса создали змеиного робота, который может ловко и стабильно подниматься на большие ступени.

Новые результаты команды, опубликованные в Журнале экспериментальной биологии и  Королевского общества открытых наук, способствуют созданию поисковых и спасательных роботов, которые могут успешно перемещаться по изменчивой местности.

«Мы обращаемся к этим жутким существам за вдохновением в движении, потому что они уже настолько искусны в том, чтобы стабильно масштабировать препятствия в своей повседневной жизни. Надеюсь, наш робот сможет научиться качаться и плести по поверхности, как змеи», — говорит Чен Ли, доцент кафедры машиностроения в Университете Джона Хопкинса и старший автор статей.

Предыдущие исследования в основном наблюдали движения змей на плоских поверхностях, но редко в трехмерной местности, за исключением деревьев, говорит Ли, и не учитывают реальных больших препятствий, таких как обломки и обломки, по которым роботам, занимающимся поиском и спасением, придется преодолевать ,

Команда Ли впервые изучила, как переменная королевская змея, змея, которую обычно можно встретить в пустынях и сосново-дубовых лесах, поднималась по ступенькам в Лаборатории Террадинамики Ли. Лаборатория Ли объединяет области робототехники, биологии и физики вместе, чтобы изучать движения животных для подсказок и приемов для создания более универсальных роботов.

«Этим змеям приходится регулярно путешествовать через валуны и поваленные деревья; они мастера движения, и мы можем многому научиться у них», — говорит Ли.

Ли и его команда провели серию экспериментов, изменяя высоту ступеней и поверхностное трение ступеней, чтобы наблюдать, как змеи искривляли свои тела в ответ на эти барьеры.

Они обнаружили, что змеи разделили свои тела на три части: их переднее и заднее тело извивались взад-вперед по горизонтальным ступеням, как волна, в то время как их средняя часть тела оставалась жесткой, зависая именно так, чтобы преодолеть большую ступеньку. Они заметили, что извилистые участки обеспечивают устойчивость, чтобы змея не опрокинулась.

Когда змеи подошли ближе и поднялись на ступеньку, три части тела проходили по каждому сегменту тела. По мере того, как все больше и больше змей достигало ступеньки, ее передняя часть тела становилась длиннее, а ее задняя часть становилась короче, а средняя часть тела оставалась примерно такой же длины, подвешенной вертикально над двумя ступенями.

Если бы ступени становились выше и более скользкими, змеи двигались бы медленнее и меньше шевелили переднюю и заднюю части тела, чтобы поддерживать устойчивость.

Проанализировав их видео и заметив, как змеи поднимались по ступенькам в лаборатории, Циюань Фу, аспирант лаборатории Ли, создал робота для имитации движений животных.

Сначала робота-змея с трудом удерживалась на больших ступенях и часто колебалась, переворачивалась или застревала на ступеньках. Чтобы решить эти проблемы, исследователи вставили систему подвески (как в вашей машине) в каждый сегмент кузова, чтобы при необходимости она могла прижиматься к поверхности. После этого змеиный робот стал менее шатким, более устойчивым и поднимался по ступенькам на 38% длины своего тела с почти 100% успехом.

По сравнению со змеевыми роботами из других исследований, змеиный робот Ли был более быстрым и более стабильным, чем все, кроме одного, и даже приблизился к имитации реальной скорости змеи. Однако одним из недостатков дополнительной системы подвески кузова было то, что робот потреблял больше электроэнергии.

«Животное все еще намного лучше, но эти результаты являются многообещающими для роботов, которые могут преодолевать большие препятствия», — добавляет Ли.

Затем команда проверит и улучшит робота-змею для еще более сложной трехмерной местности с большим количеством неструктурированных препятствий.

 

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

четыре + шестнадцать =